计算机网络技术

第一章：网络系统统结构与设计的基本原则

　　计算机网络按地理范围划分为局域网，城域网，广域网;

　　局域网提供高数据传输速率 10mbps-10gbps，低误码率的高质量传输环境

　　局域网按介质访问控制方法角度分为共享介质式局域网和交换式局域网[SD1] 

　　局域网按传输介质类型角度分为有线介质局域网和无线介质

　　局域网早期的计算机网络主要是广域网，分为主计算机与终端(负责数据处理)和通信 处理设备与通信电路(负责数据通信处理)

　　计算机网络从逻辑功能上分为资源子网和通信子网

　　资源子网(计算机系统，终端，外网设备以及软件信息资源;负责全网数据处理业务，提供网络资源与服务

　　通信子网(通信处理控制机—即网络节点，通信线路及其他通信设备)：负责网络数据传输，转发等通信处理任务网络接入(局域网，无线局域网，无线城域网，电话交换网，有线电视网)

　　广域网投资大管理困难，由电信运营商组建维护，广域网技术主要研究的是远距离，高服务质量的宽带核心交换技术，用户接入技术由城域网承担。

　　广域网典型网络类型和技术：(公共电话交换网PSTN，综合业务数字网ISDN，数字数据网DDN，x.25 分组交换网，帧中继网，异步传输网，GE千兆以太网和10GE光以太网)

　　交换局域网的核心设备是局域网交换机

　　城域网概念：网络运营商在城市范围内提供各种信息服务，以宽带光传输网络为开放平台，以TCPIP 协议为基础 密集波分复用技术的推广导致广域网主干线路带宽扩展

　　城域网分为核心交换层(高速数据交换)，边缘汇聚层(路由与流量汇聚)，用户接入层(用户接入和本地流量控制)

　　层次结构优点：层次定位清楚，接口开放，标准规范，便于组建管理

　　核心层基本功能：(设计重点：可靠性，可扩展性，开放性) 连接汇聚层，为其提供高速分组转发，提供高速安全QoS 保障的传输环境; 实现主干网络互联，提供城市的宽带 IP 数据出口;提供用户访问INTERNET 需要的路由服务;

　　汇聚层基本功能：汇聚接入层用户流量，数据分组传输的汇聚，转发与交换;本地路由过滤流量均衡，QoS 优先管理，安全控制，IP 地址转换，流量整形; 把流量转发到核心层或本地路由处理;

　　组建运营宽带城域网原则：可运营性，可管理性，可盈利性，可扩展性

　　管理和运营宽带城域网关键技术：带宽管理，服务质量 QoS，网络管理，用户管理，多业务接入，统计与计费，IP 地址分配与地址转换，网络安全

　　宽带城域网在组建方案中一定要按照电信级运营要求(考虑设备冗余，线路冗余以及系统故障的快速诊断与自我恢复)

　　服务质量 QoS 技术：资源预留[SD2] ，区分服务[SD3] ，多协议标记转换[SD4] 

管理带宽城域网 3 种基本方案：带内网络管理，带外网络管理[SD5] ，同时使用带内带外网络管理

带内：利用传统电信网络进行网络管理，利用数据通信网或公共交换电话网拨号，对网络设备进行数据配置。

　　带外：利用 IP 网络及协议进行网络管理，利用网络管理协议建立网络管理系统。对汇聚层及其以上设备采用带外管理，汇聚层一下采用带内管理

　　宽带城域网要求的管理能力表现在电信级的接入管理，业务管理，网络安全

　　网络安全技术方面需要解决物理安全，网络安全和信息安全。

　　宽带城域网基本技术与方案(SDH城域网方案;10GE 城域网方案，基于 ATM 城域网方案)

　　光以太网由多种实现形式，最重要的有 10GE 技术和弹性分组环技术

　　弹性分组环(RPR)：直接在光纤上高效传输 IP 分组的传输技术 标准：IEEE802.17

目前城域网主要拓扑结构：环形结构;核心层有 3—10 个结点的城域网使用环形结构可以简化光纤配置功能：简化光纤配置;解决网络保护机制与带宽共享问题;提供点到多点业务

　　弹性分组环采用双环结构;RPR 结点最大长度100km，顺时针为外环，逆时针为内环

RPR 技术特点：(带宽利用率高;公平性好;快速保护和恢复能力强;保证服务质量)

　　用户接入网主要有三类：计算机网络，电信通信网，广播电视网

　　接入网接入方式主要为五类：地面有线通信系统，无线通信和移动通信网，卫星通信网，有线电视网和地面广播电视网

　　三网融合：计算机网络，电信通信网，电视通信网

　　用户接入角度：接入技术(有线和无线)，接入方式(家庭接入，校园接入，机关与企业人)

目前宽带接入技术：

数字用户线(Digital Subscriber Line, 简称 DSL) XDSL 技术

　　光纤同轴电缆混合网 HFC 技术

　　光纤接入技术，

　　无线接入技术，

　　局域网技术

　　无线接入分为无线局域网接入，无线城域网接入，无线 Ad hoc 接入

　　局域网标准：802.3无线局域网接入：802.11 无线城域网：802.16

　　数字用户线 XDSL 又叫 数字用户环路，基于电话铜双绞线高速传输技术 技术分类：

ADSL 非对称数字用户线 速率不对称 1.5mbps/64kbps-5.5km

RADSL 速率自适应数字用户线速率不对称 1.5mbps/64kbps-5.5km

HDSL 高比特率数字用户线速率对称 1.544mbps(没有距离影响)

VDSL 甚高比特率数字用户线速率不对 51mbps/64kbps(没有影响)

　　光纤同轴混合网 HFC 是新一代有线电视网

　　电话拨号上网速度 33.6kbps—56.6kbps

　　有线电视接入宽带，数据传输速率10mbps—36mbps

　　电缆调制解调器 Cable modem 专门为利用有线电视网进行数据传输而设计

　　上行信道：200kbps-10mbps 下行信道： 36mbps 类型：

　　传输方式(双向对称传输和非对称式传输)

　　数据传输方向(单向，双向) 同步方式(同步和异步交换)

　　接入角度(个人 modem 和宽带多用户 modem)

　　接口角度(外置式，内置式和交互式机顶盒)

　　无源光网络技术(APON)优点系统稳定可靠 可以适应不同带宽，传输质量的要求

　　与 CATV 相比，每个用户可占用独立带宽不会发生拥塞接入距离可达 20km—30km

802.11b 定义直序扩频技术，速率为 1mbps 2mbps 5.5mbps 11mbps 802.11a 提高到54mbps

第二章 ：网络系统总体规划与设计方法

　　网络运行环境主要包括机房和电源

　　机房是放置核心路由器，交换机，服务器等核心设备 UPS 系统供电：稳压，备用电源，供电电压智能管理

　　网络操作系统：NT,2000,NETWARE,UNIX,Linux

　　网络应用软件开发与运行环境：网络数据库管理系统与网络软件开发工具

　　网络数据库管理系统：Oracle，Sybase，SOL，DB2

　　网络应用系统：电子商务系统，电子政务系统，远程教育系统，企业管理系统， 校园信息服务系统，部门财务管理系统

网络需求调研和系统设计基本原则：共 5 点

网络需求调研与系统设计的基本原则：

a)从充分调查入手，充分了解用户业务活动和用户信息需求；

b)在调查分析的基础上，在充分考虑需求与约束（经费、工作基础与技术等方面）的前提之下，对网络系统组建与信息系统开发的可行性进行充分的论证，避免盲目性；

c)运用系统的概念，完成网络工程技术方案的规划与设计；

d)根据工程时间的要求，将网络系统组建的任务按照设计、论证、实施、验收、用户培训、维护的不同阶段进行安排，大型网络的设计需要聘请专业的监理公司对项目执行的全过程进行监理；

e)强调各阶段文档资料的完整性和规范性。

　　制定项目建设任务书后，确定网络信息系统建设任务后，项目承担单位首要任务是网络用户调查和网络工程需求分析需求分析是设计建设与运行网络系统的关键

　　网络结点地理位置分布情况：(用户数量及分布的位置;建筑物内部结构情况调查;建筑物群情况调查)

　　网络需求详细分析：(网络总体需求设计;结构化布线需求设计;网络可用性与 可靠性分析;网络安全性需求分析;网络工程造价分析)

　　结点 2-250 可不设计接入层和汇聚层

　　结点 100-500 可不设计接入层

　　结点 250-5000 一般需要 3 层结构设计

　　核心层网络一般承担整个网络流量的40%-60%

　　标准 GE 10GE 层次之间上联带宽：下联带宽一般控制在 1：20

10 个交换机，每个有 24 个接口，接口标准是 10/100mbps：那么上联带宽是24*100*10/20 大概是 2gbps

　　高端路由器(背板大于40gbps) 高端核心路由器：支持 mpls 中端路由器(背板小于 40gbps)

　　企业级路由器 支持 IPX,VINES，

QoS VPN 低端路由器(背板小于 40gbps)支持 ADSLPPP

　　路由器关键技术指标：

1：吞吐量(包转发能力)

2：背板能力(决定吞吐量)背板：router 输入端和输出端的物理通道 传统路由采用共享背板结构，高性能路由采用交换式结构

3：丢包率(衡量 router 超负荷工作性能)

4：延时与延时抖动(第一个比特进入路由到该帧最后一个离开路由的时间) 高速路由要求 1518B 的 IP 包，延时小于1ms

5：突发处理能力

6：路由表容量(INTERNET 要求执行 BGP 协议的路由要存储十万路由表项，高 速路由应至少支持 25 万)

7：服务质量

8：网管能力

9：可靠性与可用性

　　路由器冗余：接口冗余，电源冗余，系统板冗余，时钟板冗余，整机设备冗余

　　热拨插是为了保证路由器的可用性

　　高端路由可靠性：

(1) 无故障连续工作时间大于10万小时

(2) 系统故障恢复时间小于30分钟

(3) 主备切换时间小于 50 毫秒

(4) SDH 和 ATM 接口自动保护切换时间小于 50 毫秒

(5) 部件有热拔插备份，线路备份，远程测试诊断

(6) 路由系统内不存在单故障点

　　交换机分类：从技术类型(10mbpsEthernet 交换机;fast Ethernet 交换机;1gbps的 GE 交换机)从内部结构(固定端****换机;模块化交换机—又叫机架式交换机)

500 个结点以上 选取企业级交换机

300 个结点以下 选取部门级交换机

100 个结点以下 选取工作组级交换机

　　交换机技术指标：

(1) 背板带宽(输入端和输出端得物理通道)(2) 全双工端口带宽(计算：端口数*端口速率*2)

(3) 帧转发速率(4) 机箱式交换机的扩张能力

第三章： IP 地址规划设计技术

　　无类域间路由技术需要在提高 IP 地址利用率和减少主干路由器负荷两个方面取得平衡

　　网络地址转换 NAT 最主要的应用是专用网，虚拟专用网，以及ISP为拨号用户 提供的服务

NAT 更用应用于 ISP，以节约 IP 地址

A 类地址：1.0.0.0-127.255.255.255可用地址 125 个 网络号 7 位

B 类地址：128.0.0.0-191.255.255.255网络号 14 位

C 类地址：192.0.0.0-223.255.255.255网络号 21 位 允许分配主机号 254 个

D 类地址：224.0.0.0-239.255.255.255组播地址

E 类地址：240.0.0.0-247.255.255.255保留

　　直接广播地址：

　　受限广播地址：255.255.255.255[SD6] 

　　网络上特定主机地址：

　　回送地址[SD7] ：专用地址[SD8] 

　　全局 IP 地址是需要申请的，专用 IP 地址是不需申请的

　　专用地址：10 ; 172.16- 172.31 ;192.168.0-192.168.255

NAT方法的局限性

(1) 违反 IP 地址结构模型的设计原则

(2) 使得 IP 协议从面向无连接变成了面向连接

(3) 违反了基本的网络分层结构模型的设计原则

(4) 有些应用将 IP 插入正文内容

(5) Nat 同时存在对高层协议和安全性的影响问题

IP地址规划基本步骤

(1) 判断用户对网络与主机数的需求

(2) 计算满足用户需求的基本网络地址结构

(3) 计算地址掩码

(4) 计算网络地址

(5) 计算网络广播地址

(6) 计算机网络的主机地址

CIDR 地址的一个重要的特点：地址聚合和路由聚合能力 规划内部网络地址系统的基本原则

(1) 简洁(2) 便于系统的扩展与管理(3) 有效的路由

IPv6 地址分为 单播地址;组播地址;多播地址;特殊地址

128位每16 位一段;000f可简写为 f 后面的 0 不能省;：：只能出现一次

Ipv6不支持子网掩码，它只支持前缀长度表示法

第四章：网络路由设计

　　默认路由[SD9] 成为第一跳路由或缺省路由 发送主机的默认路由器又叫做源路由器;

　　目的主机所连接的路由叫做目的路由

　　路由选择算法参数

　　跳数 ;带宽(指链路的传输速率);延时(源结点到目的结点所花费时间); 负载(单位时间通过线路或路由的通信量);可靠性(传输过程的误码率);开销(传输耗费)与链路带宽有关

　　路由选择的核心：路由选择算法 算法特点：

(1) 算法必须是正确，稳定和公平的

(2) 算法应该尽量简单

(3) 算法必须能够适应网络拓扑和通信量的变化

(4) 算法应该是最佳的

　　路由选择算法分类: 静态路由选择算法(非适应路由选择算法)

　　特点：简单开销小，但不能及时适应 网络状态的变化

　　动态路由选择算法(自适应路由选择算法)

　　特点：较好适应网络状态的变化，但 实现复杂，开销大

　　一个自治系统最重要的特点就是它有权决定在本系统内应采取何种路由选择协议

　　路由选择协议：

　　内部网关协议 IGP(包括路由信息协议 RIP，开放最短路径优先 协议 OSPF);

　　外部网关协议 EGP(主要是 BGP)

RIP[SD10] [SD11] [SD12] [SD13] 是内部网关协议使用得最广泛的一种协议;

　　特点：协议简单，适合小的自治 系统，跳数小于 15

OSPF[SD14] 特点:

1. OSPF 使用分布式链路状态协议(RIP 使用距离向量协议)

2. OSPF 要求路由发送本路由与哪些路由相邻和链路状态度量的信息(RIP 和 OSPF都采用最短路径优先的指导思想，只是算法不同)

3. OSPF 要求当链路状态发生变化时用洪泛法向所有路由发送此信息(RIP 仅向相 邻路由发送信息)

4. OSPF 使得所有路由建立链路数据库即全网拓扑结构(RIP 不知道全网拓扑) OSPF 将一个自治系统划分若干个小的区域，为拉适用大网络，收敛更快。每个区域路由不超过 200 个

　　区域好处：洪泛法局限在区域，区域内部路由只知道内部全网拓扑，却不知道其他区域拓扑主干区域内部的路由器叫主干路由器(包括区域边界路由和自治系统边界路由)

BGP路由选择协议的四种分组[SD15] 打开分组;更新分组(是核心);保活分组;通知分组;

第五章：局域网技术

　　交换机采用采用两种转发方式技术：快捷交换方式和存储转发交换方式[SD16] 

　　虚拟局域网 VLAN 组网定义方法：(交换机端口号定义;MAC地址定义;网络层地址定义;基于 IP 广播组)

　　综合布线特点：(兼容性;开放性;灵活性;可靠性;先进性;经济性)

综合布线系统组成：(工作区子系统;水平子系统;干线子系统;设备间子系统;管理子系统;建筑物群子系统)

 综合布线系统可划分成七个子系统，工作区子系统；配线(水平)子系统；干线(垂直)子系统；设备间子系统；管理子系统；建筑群子系统；光缆传输系统。

　　综合布线系统标准：

(1) ANSI/TIA/EIA568-A

(2) TIA/EIA-568-B.1TIA/EIA-568-B.2 TIA/EIA-568-B.3

(3) ISO/IEC 11801

(4) GB/T 50311-2000GB/T50312-2000

IEEE802.3 10-BASE-5 表示以太网 10mbps 基带传输使用粗同轴电缆，最大长度=500m

IEEE802.3 10-BASE-2 200m

IEEE802.3 10-BASE-T 使用双绞线

　　快速以太网 提高到 100mbps

IEEE802.3U 100-BASE-TX 最大长度=100M

IEEE802.3U 100-BASE-T4 针对建筑物以及按结构化布线

IEEE802.3U 100-BASE-FX 使用 2 条光纤 最大长度=425M

　　支持全双工模式的快速以太网的拓扑构型一定是星形

　　自动协商功能是为链路两端的设备选择10/100mbps 与半双工/全双工模式中共有的高性能工作模式，并在链路本地设备与远端设备之间激活链路;自动协商功能只能用于使用双绞线的以太网，并且规定过程需要500ms 内完成

　　中继器工作在物理层，不涉及帧结构，中继器不属于网络互联设备

10-BASE-5协议中，规定最多可以使用 4 个中继器，连接 3 个缆段，网络中两个 结点的最大距离为 2800m

　　集线器特点：

(1) 以太网是典型的总线型结构

(2) 工作在物理层 执行 CSMA/CD 介质访问控制方法

(3) 多端口 网桥在数据链路层完成数据帧接受，转发与地址过滤功能，实现多个局域网的数据交换

　　透明网桥 IEEE 802.1D 特点：

(1) 每个网桥自己进行路由选择，局域网各结点不负责路由选择，网桥对互联局域网各结点是透明

(2) 一般用于两个 MAC 层协议相同的网段之间的互联

　　透明网桥使用了生成树算法 评价网桥性能参数主要是：帧过滤速率，帧转发速率

　　按照国际标准，综合布线采用的主要连接部件分为建筑物群配线架(CD); 大楼主配线架(BD);楼层配线架(FD)，转接点(TP)和通信引出端(TO)，TO 到 FD 之间的水平线缆最大长度不应超过 90m;

　　设备间室温应保持在 10 度到 27 度相对湿度保持在 30%-80%

第六章：交换机及其配置

　　局域网交换机基本功能：

(1) 建立和维护一个表示 MAC 地址与交换机端口对应关系的交换表

(2) 发送结点和接收结点之间建立一条虚连接

(3) 完成数据帧的转发或过滤

　　显示交换机命令： 大中型交换机：showcam dunamic 小型交换机：show mac-address-table

　　交换机的交换结构

(1) 软件执行交换结构(把数据帧由串行代码转换成并行代码)特点：交换速度慢，交换机堆叠困难，交换机端口较多导致性能下降

(2) 矩阵交换结构(完全由硬件完成，由输入，输出，交换矩阵和控制处理) 特点：交换速度快，延时小，结构紧凑，矩阵交换实现相对简单，不易扩 展，不利于管理

(3) 总线交换结构(时分多路复用技术)特点：性能好，便于堆叠扩展，易实现帧广播和监控管理，易实现多个输入对一个输出的帧传送的特点。 应用广泛

(4) 共享存储器交换结构(无背板)特点：结构简单，易实现适合小交换机采用

　　交换机有静态交换和动态交换两种方式，动态交换模式有存储转发和直通，直通交换模式又有快速转发交换和碎片丢弃交换

　　总结说有 3 模式：

　　快速转发(通常也称直通交换模式，不提供检错纠错，适合小型交换机采用)

　　碎片丢失(又称无分段模式，提前过滤冲突碎片，提高宽带利用率)

　　存储转发(延时大，速度慢，可靠性高，可检错纠错，最为广泛应用)

　　堆叠交换机：2-10gbps 6-8 个堆叠数量有达 16 个的 箱体模块化交换机：2-20 个

VLAN技术特性： 工作在数据链路层

　　每个 VLAN 都是一个独立的逻辑网段，一个独立的广播域

VLAN之间不能直接通信，必须通过第三层路由功能完成

VLAN 标识，vlan id用 12 位 bit 表示，支持 4096 个 vlan ;1-1005 是标准范围，其 中 1-1000 是用于以太网

　　交换机之间实现 trunk 功能，必须遵守相同的 vlan 协议，如思科 isl

　　划分 vlan

(1) 基于端口划分(静态划分，最通用)

(2) 基于 mac 地址(动态的划分)

(3) 第三层协议类型或地址

第八章：无线局域网技术

　　常用无线标准：蓝牙标准，Hiperlan 标准，IEEE802.11 标准

　　蓝牙软件结构标准包括核心和应用协议栈两个部分

HiperLAN 欧洲应用无线标准之一主要技术特点：

　　高速数据传输;面向连接;qos;自动频率分配;安全性;移动性;网络与应用 无关;省电

802.11b 是使用最广泛的标准

802.11b 分为两种运作模式(点对点模式;基站模式)[SD17] 

802.11b 典型解决方案(对等解决方案;单接入点~;多接入点~;无线中继~;无 线冗余~;多蜂窝漫游工作方式)

　　无线局域网设计(初步调查;对现有环境进行分析;制定初步设计;确定详细设计;执行和实施设计;整理文档)

　　无线接入点也称无线 AP,一般可以连接 30 台

第九章：网络安全与管理技术

　　网络安全基本要素(保密性;完整性;可用性;可鉴别性;不可否认性)

　　信息泄露与篡改(截获信息;窃听信息;篡改信息;伪造信息)

　　网络攻击(服务攻击与非服务攻击)

　　服务攻击：（针对某种特定网络的攻击）指对网络提供各种服务的服务器发起攻击，造成网络拒绝服务，表现在消耗带宽，消耗计算资源，使系统和应用崩溃

SYN 攻击时一种典型的拒绝服务攻击

　　非服务攻击：不针对某项应用服务，而是针对网络层等低协议进行的 源路由攻击和地址欺骗都属于这一类非服务攻击更为隐蔽，是种更为危险的攻击手段

　　非授权访问以及网络病毒

　　目前 70%的病毒发生在网络上

　　设计一个网络安全方案时 需要完成四个基本任务

(1) 设计一个算法，执行安全相关的转换

(2) 生成该算法的秘密信息(如密匙)

(3) 研制秘密信息的分发与共享的方法

(4) 设定两个责任者使用的协议，利用算法和秘密信息取得安全服务

P2DR 安全模型

　　包括 ：策略防护检测 响应

　　数据备份：

　　完全备份：恢复速度最快 空间使用最多 备份速度最慢

　　增量备份：恢复速度最慢 空间使用最少 备份速度最快、

　　差异备份：中间性能

　　冷备份： 又叫离线备份 恢复时间长 投资少

　　热备份 又称在线备份 很大的问题是数据的有效性和完整性

　　加密技术： 密码学包括密码编码学与密码分析学 密码体制是密码学研究的主要内容

　　现在密码学基本原则：一切密码属于密匙之中。在设计加密系统时，加密算法是 可以公开的，真正需要保密的是密钥

　　猜测每 10 的六次方个密钥要用 1 微秒的时间

数据加密标准 DES 是最典型的对称加密算法，采用 64 位密钥长度，8 位用于奇偶校验，用户使用其中的 56位

非对称加密技术：对信息加密解密使用不同的密钥，用来加密的密钥是可以公开的，解密的密钥是用来保密的，又称公钥加密技术

计算机病毒的主要特征：非授权可执行性;隐蔽性;传染性;潜伏性;

　　计算机病毒分类:寄生方式(引导型，文件型，复合型) 按破坏性(良性，恶性)

　　网络病毒特征：传播方式多样，传播速度更快;影响面更广;破坏性更强;难以控制和根治;

　　编写方式多样，病毒变种多，智能化，混合病毒

　　恶意代码： 蠕虫(计算机蠕虫是一个自我包含的程序或程序集，能够传播自身并拷贝自身)

　　分为宿主计算机蠕虫和网络蠕虫

　　木马(木马是没有自我复制功能的恶意程序) 木马传播途径：电子邮件，软件下载，通过会话软件

　　根据防火墙的实现技术：可以将防火墙分为包过滤路由器，应用级网关，应用代理和状态检测等

　　目前市场上的主流防火墙，一般都是状态检测防火墙

防火墙系统结构分为：包过滤路由器结构;双宿主主机结构;屏蔽主机结构;屏蔽子网结构

最后

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